科学者が数千年前の建造物の建設の秘密を解明

古代人から学ぶ

AP通信社（米国）は10月3日、古代の素材が何千年も長持ちする秘密を解明しようと、古代の素材を研究する科学者が増えていると報じた。彼らは建築用ブロックを削り、歴史文献を熟読し、模擬式を試作した。この技術により、樹皮、火山灰、米、ビール、さらには尿など、古代人が建築に使用した驚くべき材料のリストが明らかになった。

これらは、時間の経過とともに強度が増し、ひび割れを「治癒」する能力など、非常に印象的な特性の鍵となります。これらの特徴を模倣することは、今日の建物に実際の影響を与える可能性があります。現代のコンクリートは巨大な高層ビルや重厚なインフラを支えるほどの強度があるものの、古代の材料の耐久性にはかないません。

気候変動の脅威が増大する中、より持続可能な建築が急務となっています。最近の国連の報告書では、建築環境が世界の二酸化炭素排出量の3分の1以上を占めており、セメント生産だけでその排出量の7％以上を占めていると推定されています。

「古代マヤ人や中国人の伝統的な製法を使って材料の特性を改善すれば、現代の建築に使われる材料をはるかに持続可能な方法で生産できる」とスペインのグラナダ大学の研究者カルロス・ロドリゲス・ナバロ氏は説明する。

古代ローマのコンクリートは現代のコンクリートよりも優れているのでしょうか?

紀元前 200 年頃から、ローマ帝国の建築家たちは、パンテオンのそびえ立つドームから、現在でも機能している頑丈な水道橋まで、時の試練に耐えた印象的なコンクリート構造物を建設しました。

ビクトリア大学（カナダ）の考古学者ジョン・オルソン氏は、海水が長い間建造物を「埋めた」港湾でも、コンクリートは2000年前と基本的に同じ状態で発見されていると述べた。

現代のコンクリートのほとんどは、石灰岩と粘土を非常に高温で加熱し、粉砕して作られるポートランドセメントから始まります。ポルトランドセメントは水と混合されて化学的に反応性のある混合物を作ります。次に、岩や砂利などの骨材を混ぜ、セメントペーストでそれらをコンクリートの塊に結合します。

ウィトルウィウスなどの古代建築家の記録によれば、ローマの建築プロセスも同様だった。古代の建築者たちは、焼いた石灰岩や火山砂などの材料を水や砂利と混ぜて、化学反応を起こし、すべてを結び付けました。

現在、科学者たちは、なぜローマ時代のコンクリートが何千年もの間建造物を支え続けることができたのかという答えを見つけたと述べている。古代の素材には、自己修復するという並外れた能力があったのだ。

まだ明らかではないが、科学者たちは手がかりを得始めている。今年初めに発表された研究で、マサチューセッツ工科大学（米国）のエンジニア、アドミール・マシック氏は、この強度は石灰ブロックがローマ時代の建材全体に均一に混ぜられるのではなく、散りばめられていたことに由来すると示唆した。研究者たちはかつて、これらのブロックはローマ人の材料混合技術が劣悪であったことの表れだと考えていた。

その代わりに、科学者たちは、ローマ郊外の古代都市プリヴェルヌムのコンクリートサンプルを分析した結果、これらの石灰ブロックが材料の「自己修復」能力を高める可能性があることを発見した。 「ひび割れが生じると、コンクリートに水が浸透する可能性があります」とマシック氏は説明する。その水は残りの石灰ブロックを活性化し、損傷した部分を埋めることができる新しい化学反応を生み出します。」

ユタ大学（米国）の地質学者マリー・ジャクソン氏は異なる意見を持っている。彼女の研究により、その鍵は火山物質にあるかもしれないことが判明した。ローマ人は、噴火で残った火山岩を収集してコンクリートに混ぜることが多かった。ジャクソン氏によると、この天然素材は時間の経過とともに変化し、生じた亀裂を塞ぐことができるようになるという。ジャクソンさんは、この素材が時間の経過とともに適応し続ける能力を奇跡的だと称賛している。 「コンクリートは非常によく設計されているので、それ自体で強度を保つことができます」と彼女は語った。

植物からの水を使う

ホンジュラスの古代マヤ遺跡コパンでは、高温多湿の環境に1,000年以上さらされたにもかかわらず、精巧な石灰彫刻や寺院がそのままの状態で残っています。今年初めに発表された研究によると、これらの構造物の長寿の秘密は木にあるかもしれない。研究者たちは、古代マヤの建築家たちとの「生きたつながり」であるホンジュラスの地元の石工たちと会った。

これらの石工は、石灰混合物に地元のチュクムとジオテの木からの抽出物を使用することを提案しました。研究者らが樹皮を集め、石灰の塊を水に加え、チュクムとジオテの木から採った「汁」を材料に加えるという方法でこの製法をテストしたところ、出来上がった漆喰は物理的、化学的影響に対して並外れた耐性があることがわかった。科学者たちが拡大してみると、木の汁に含まれる有機物の一部が石膏の分子構造に組み込まれていることがわかった。このようにして、マヤの石膏は貝殻やウニの棘などの頑丈な自然構造を模倣することができました。

多くの研究により、古代の建造物の中に果物、牛乳、チーズカード、ビール、さらには排泄物や尿からの抽出物といった天然物質が発見されています。万里の長城や紫禁城など、中国の最も有名な建造物のいくつかをつなぎとめているモルタルには、もち米のデンプンの痕跡が含まれている。

運か技術か？

英国シェフィールド大学の科学者セシリア・ペッシェ氏は、古代の建築者たちの中には幸運だった人たちもいたかもしれないと語った。彼らは、安くて入手可能なものなら何でも混ぜますが、効果のないものはとっくに廃棄されています。 「彼らはあらゆるものを建設に投入するだろう」とペッシェ氏は語った。そして今、残っているのは作品だけです。つまり、それは自然淘汰のプロセスのようなものなのです。」

ただし、一部の素材は意図的に使用されているようです。インドの建築業者は、さまざまな特性を持つ建物を創り出すために地元の資材を組み合わせていると、ヴェルール工科大学（インド）のティルマリニ・セルヴァラジ教授は述べた。

セルヴァラジ氏の研究によると、インドの湿気の多い地域では、建築業者が建物の防湿のために地元のハーブを使用していた。海岸沿いには、精製されていない砂糖であるパー​​ムシュガーが加えられ、建物を塩害から守るのに役立ちました。また、地震の危険性が高い地域では、籾殻から作られた超軽量の「浮きレンガ」が使用されました。 「彼らはこの地域を知り、土壌の状態や気候を理解している」とセルバラジ氏は語った。だから、これに基づいて材料を作るのです。」

今日の建築家は古代の方式を単純にコピーすることはできません。 「ローマのコンクリートは寿命が非常に長いですが、重い荷重には耐えられません」とオルソン氏は言う。ローマのコンクリートで現代の超高層ビルを建てることはできません。 3階まで来たら崩壊しますよ。」代わりに、研究者たちは古代の材料の特殊な特性のいくつかを現代の材料に加えようとしている。